지문해설 | 2017학년도 고3 수능 "반추동물의 탄수화물 분해" 과학지문 Q33~36

2017학년도 고3 수능 속 반추동물의 탄수화물 분해 과정, 반추동물의 에너지원 생성 과정을 설명합니다. 잘 와닿지 않아 어려웠던 과학기술을 쉽게 이해해 보세요 :) 

목차

2017학년도(2016년 시행) 고3 수능 Q33~36 반추동물의 탄수화물 분해

< 요약 >

 

반추 동물은 한번 삼킨 먹이를 다시 게워 내어 씹으며 되새김질을 하는 동물입니다.

 

반추 동물은 반추위에 서식하는 미생물의 작용으로 섬유소와 비섬유소를 모두 에너지원으로 이용합니다.

▲ 피브로박터 숙시노젠(F)은 셀룰로스(섬유소)를 포도당으로 분해하고, 이를 F의 대사 과정을 거쳐 반추 동물과 체내 미생물의 에너지원으로 이용합니다.

▲ 스트렙토코쿠스 보비스(S)는 녹말(비섬유소)을 포도당으로 분해하고, 이를 S의 대사 과정을 거쳐 반추 동물과 체내 미생물의 에너지원으로 이용합니다.

녹말의 분해 과정에서 S가 과도하게 생장하는 경우, 산성의 환경에서 생장을 지속하고 젖산을 생성하는 ▲ 락토바실러스루미니스(L)와 같은 미생물의 생장이 증가하여 반추위의 산성도가 지나치게 높아지는 급성 반추위 산성증이 발병할 수 있습니다.

 

1문단

 

'섬유소와 비섬유소로 구분'되는 탄수화물은 '사람을 비롯한 동물이 생존하는 데 필수적인 에너지원'입니다.

사람은 '비섬유소는 포도당으로 분해하여 에너지원으로 이용'하는 반면, '섬유소는 분해하지 못하므로 소장에서 이용하지 못합니다.'

반추 동물도 사람과 마찬가지로 '섬유소를 포도당으로 분해하는 효소를 합성하지는 못하지만', '비섬유소와 섬유소를 모두 에너지원으로 이용'합니다.

	섬유소	비섬유소
사람	효소 X	효소 O
	에너지원으로 이용 X	에너지원으로 이용 O
반추 동물	효소 X	효소 O
	에너지원으로 이용 O	에너지원으로 이용 O

 

반추 동물은 어떻게 섬유소와 비섬유소 모두를 에너지원으로 이용할 수 있는지, 이어지는 내용에서 확인해 봅시다.

 

2문단

 

반추동물은 위가 네 부분으로 나누어져 있는데, 그중 첫 번째 위인 '반추위에는 여러 종류의 미생물이 서식'하고 있습니다.

• 섬유소를 분해하는 피브로박터 숙시노젠(F)
• 비섬유소를 분해하는 스트렙토코쿠스 보비스(S)
• 젖산을 생성하는 락토바실러스 루미니스(L)

 

피브로박터 숙시노젠(F)을 통해 반추 동물이 섬유소를 에너지원으로 이용하는 과정은 다음과 같습니다:

• F의 효소 복합체가 셀룰로스의 복잡한 구조를 끊어 포도당으로 분해함
• F가 포도당을 에너지원으로 이용하는 대사 과정을 거쳐 생장함
• F의 대사산물(아세트산, 숙신산 등)이 외부로 배출되어 반추 동물과 체내 미생물의 에너지원으로 이용됨
  • 아세트산: 반추 동물의 세포로 직접 흡수되어 생존에 필요한 에너지를 생성하고 체지방을 합성함
  • 숙신산: 체내 미생물의 에너지원으로 이용되어 프로피온산을 생성하고, 이는 반추 동물이 간에서 포도당을 합성할 때 이용됨

 

즉, 반추 동물은 섬유소를 포도당으로 분해하는 효소를 합성하지 못하지만 위의 과정을 거쳐 섬유소를 에너지원으로 이용합니다.

 

3문단

 

반추위에는 비섬유소를 분해하는 스트렙토코쿠스 보비스(S)도 서식합니다.

 

스트렙토코쿠스 보비스(S)를 통해 반추 동물이 비섬유소를 에너지원으로 이용하는 과정은 다음과 같습니다:

• S가 녹말을 포도당으로 분해함
• S는 포도당을 에너지원으로 이용하는 대사 과정을 거쳐 생장함
• S의 세포 내 산성도에 따라 대사산물(아세트산, 에탄올, 젖산 등)이 외부로 배출되어 반추 동물과 체내 미생물의 에너지원으로 이용됨
  • 아세트산, 에탄올: 중성(pH 7.0 정도)이거나 생장 속도가 느릴 때 배출되는 대사산물
  • 젖산: 산성도가 높아 pH가 6.0 이하이거나 녹말의 양이 충분하여 생장 속도가 빠를 때 배출되는 대사산물
    →  ¹ 반추 동물의 세포로 직접 흡수되어 생존에 필요한 에너지를 생성하거나,
          ² 체내 미생물의 에너지원으로 이용되어 아세트산이나 프로피온산을 생성함

 

4문단

 

3문단에서 살펴봤듯이, S는 세포 내 산성도가 높거나 녹말의 양이 충분하여 생장 속도가 빠를 때에는 대사산물로 젖산을 배출합니다. 그래서 반추 동물이 '짧은 시간에 과도한 양의 비섬유소를 섭취'하여 녹말의 양이 많으면 S의 생장이 과도해지고, 이에 따라 '과도한 양의 젖산이 배출'됩니다. 이로써 반추위의 산성도가 높아집니다.

• 과도한 양의 비섬유소 섭취 → S의 과도한 생장 → 과도한 양의 젖산 배출 → 반추위의 산성도 높아짐

반추위의 산성도가 높아지면, 산성의 환경에서 왕성히 생장하는 미생물(예: 락토바실러스 루미니스)은 활발히 생장하기 시작하지만, 산성의 환경에서 세포 내부의 pH를 일정하게 유지해야 하는 미생물(예: 피브로박터 숙시노젠)은 생장이 감소하다가 사멸합니다.

• pH 5.8 이하: F는 생장 감소 및 사멸, S와 L은 생장 지속
• pH 5.5 이하: S도 생장 감소 및 사멸, L은 생장 지속하며 젖산을 계속 생성
• pH 5.0 이하가 되면 급성 반추위 산성증이 발병함

	F	S	L
pH 5.8
↓	생장 감소 및 사멸	생장 지속	생장 지속
pH 5.5
↓	-	생장 감소 및 사멸	생장 지속
pH 5.0
	급성 반추위 산성증 발병

 

35번 문제 풀이

 

'㉠ 소, 양, 사슴과 같은 반추 동물도 섬유소를 분해하는 효소를 합성하지 못하는 것은 마찬가지이지만, 비섬유소와 섬유소를 모두 에너지원으로 이용'하며 살아갑니다.

 

이는 반추 동물이 섭취한 섬유소와 비섬유소가 반추위에 서식하는 미생물 피브로박터 숙시노젠(F)과 스트렙토코쿠스 보비스(S)에 의해 각각 포도당으로 분해(합성X)되며, 반추 동물 또는 체내 미생물은 반추위 미생물이 생장하며 방출한 대사산물을 에너지원으로 이용하기 때문입니다.

 

• 섬유소는 피브로박터 숙시노젠(F)에 의해 포도당으로 분해되고, F가 생장하며 방출한 아세트산과 숙신산 등의 대사산물이 반추 동물과 체내 미생물의 에너지원으로 이용됨 (→2문단)
• 비섬유소 역시 스트렙토코쿠스 보비스(S)에 의해 포도당으로 분해되고, S가 생장하며 방출한 아세트산, 에탄올, 젖산 등의 대사산물이 마찬가지로 반추 동물과 체내 미생물의 에너지원으로 이용됨 (→3문단)